Irraggiamento

In assenza di un mezzo di conduzione, qualsiasi trasferimento di calore, è detto irraggiamento. Legato alla differenza di temperatura tra un corpo e gli oggetti circostanti, interessa qualsiasi sostanza: solida, liquida e gassosa e può avvenire anche nel vuoto, come per il calore del sole, che si propaga sulla terra.

Un corpo, che possiede una temperatura T, emette energia raggiante, sotto forma di calore, a spese dei cambiamenti energetici interni degli atomi e delle molecole. Un pezzo di ferro, riscaldandosi, assorbe energia termica e alla temperatura di 400° brilla debolmente, emettendo una luce che varia:

rossa, poi gialla e infine bianca. Nel vuoto la radiazione si propaga con velocità pari a quella della luce C=3*10⁸ m/s (300000 Km /S). La lunghezza d’onda è tanto minore quanto maggiore la frequenza:

Macroscopicamente l’irraggiamento avviene sotto forma di onde elettromagnetiche che si muovono secondo traiettorie rettilinee e la loro lunghezza è espressa in μm (milionesimo di metro, 1 μm=10^-6). Con la vista percepiamo lunghezze d’onda, comprese tra 380 e 760 nm (nanometro o miliardesimo di metro), cui assegniamo il nome di luce visibile, che non vanno otre la zona violetta dello spettro e al disotto della zona rossa.

Questo spettro è importante per l’illuminazione naturale e artificiale degli ambienti. L’ultima lunghezza d’onda nel campo del visibile è di 0,4 μm e alcune persone arrivano a percepirla fino a 0,3 μm.

Le lunghezze d’onda inferiore, nella zona dell’ultravioletto vanno dallo 0,4 fino a circa 0,35 μm: Questa lunghezze d’onda è divisa in UV-A, UV-B, UV-C (gli UV-B sono ritenuti una delle cause del melanoma poiché ionizzano le molecole di DNA). Seguono le zone dei raggi x e gamma. La zona denominata infrarossa, oltre il rosso, con lunghezze d’onda maggiore, va da 0,7 μm a 0,4 mm.

L’infrarosso che non è visibile a occhio nudo ed è rivelato soltanto dal calore è usato in apparecchi che ottengono la visione notturna e dai pompieri, poiché il fumo è più trasparente all’infrarosso.

Inoltre, con la termografia si utilizzano immagini nel campo dell’infrarosso nel settore industriale: siderurgia, aeronautica, chimico, automobilistico ecc. Segue, alla precedente, la zona delle microonde, che si estende fino a 100 cm., oltre la quale si susseguono i campi delle onde radio, distinte in corte da 1 a 100 m, medie da 200 a 600 e lunghe di maggiore lunghezza. Le lunghezze d’onde che interessano lo sfruttamento dell’energia solare sono comprese tra l’ultravioletto e il vicino infrarosso. A parità di temperatura, l’emissione del calore dipende dalla qualità e dalla natura della superficie dei materiali. Quelli lucidi e lisci si raffreddano più lentamente di quelli anneriti. Per ogni sostanza si è calcolata la quantità di calore emessa dall’unità di superficie e di tempo, quando la differenza di temperatura è di un grado.

Questa proprietà prende il nome di potere emissivo. Il calore radiante è assorbito in modo diverso dai materiali. La radiazione assorbita è maggiore, percentualmente, per le superfici scure e ruvide ed è minore per quelle lucenti e lisce. Un assorbitore è anche un emettitore e il potere emissivo eguaglia quello assorbente. Il nero fumo può assorbire fino al 97% della radiazione incidente e ha il maggiore potere assorbente ed emissivo, che è invece minimo nell’argento lucido. Per questo le pentole annerite si riscaldano più rapidamente e così pure le pentole da cucina hanno in genere il fondo opaco, per migliorare l’assorbimento di calore e le pareti lucenti e lisce, per ridurne l’emissione. Il potere emissivo del mare varia in funzione della temperatura e della salinità. Nel suolo aumenta con la rugosità per aumento di superficie, con lo spessore superficiale e per il contenuto di acqua. I differenti tipi di rocce possono essere definiti in base al loro spettro. La radiazione, incidente, in genere in ogni superficie, è assorbita e riflessa in parte.

Il coefficiente di riflessione o albedo è la percentuale di riflessione solare, incidente, riflessa verso lo spazio, che è variabile secondo l’angolo incidente e le proprietà fisiche e chimiche dei materiali.